為何地球上這麼多液態水,而火星卻幾乎不見液態水?

2020-12-03 科學好奇喵

導語

水是生命之源。從達爾文的《物種起源》發表至今,地球生命起源於海洋的說法得到諸多科學家的承認。而智慧生命,則是在經過漫長的進化之後才形成今天的樣子,生命起源於水中,那麼,又是什麼因素導致了水佔據了地球的71%?火星與地球,幾乎可以說是太陽系內的一對孿生兄弟,它們的自轉、公轉周期、所處軌道與太陽間的距離相差無幾,為何地球上生機勃勃,火星上卻空蕩無比呢?地球上的這些水來自哪裡?火星上的水又去哪裡了?

地球與火星含水量有多少?

地球上覆蓋面積最廣的是海洋,整個海洋覆蓋面積高達3.6億平方公裡,平均水深將近4000米,海洋裡所含的水佔據了地球上總水量的97%,整個地球蘊含的水資源將近14億立方千米。但是,儘管地球水資源異常豐富,但是能供人類使用的水量不到2%。此外,南北兩極的極地區域及一些冰川還固定了將近2.2%的水,如果從外太空看地球,整個地球就像是一顆含水量巨大的「水星」。水的存在,為各種有機或無機化學反應提供了溶劑及能量,進一步為生命的產生鋪平了道路。

而火星呢?

火星的直徑只是地球的一半左右,其自轉時常與地球相差無幾,公轉天數為地球的兩倍,火星與地球的距離大概在5500萬公裡-4億公裡之間,在太陽系中,這樣的距離可以說是相當近了。但是,火星上卻不存在液態水,火星上的水要麼以水分子形態儲存於火星表層土壤中,要麼以固態冰的形式儲存於火星兩極。一方面是因為火星表面的溫度極低,另一方面也是由於火星與地球自身環境特徵不一致導致。

水來自哪裡?

地球上的水來自哪裡?對於這個問題的答案有很多種。比如說地球自身形成時,在吸收了地球周圍的氫元素,與核變後餘留的氧共同作用後生成,因為宇宙大爆炸時會拋射出大量氫和氦,在宇宙背景輻射下發生核聚變,產生的氧原子與氫原子結合就形成了水分子。另一種說法是來自太陽風,這種觀點認為當太陽風會將氫核,氧核等帶到地球大氣圈上層,這些原子核會在地球大氣圈中的電離層中,結合生成氫原子、氧原子等,經光化學反應後生成水分子,在溫度降低時形成雨滴或雪花,降落回到地球上。據測算,每年經由太陽風的作用產生的水大約有1.5噸。此外,還有來自隕石,彗星等星體帶來的水。

對於火星來說,其星體表面所含的水來源形式也無外乎這三種。儘管火星與太陽的距離同地球與太陽的距離相差無幾,但人類如今的觀測結果卻顯示火星表面的含水量相對於地球來說,幾乎可以忽略不計。那麼,這又是各種原因導致了這種結果呢?

火星留不住水

火星缺水,並不是因為其來源少,而是因為火星無法留住水。其中一個最大的原因就是重力的影響。火星的質量只有地球的14%,其直徑是地球的53%,根據萬有引力定律,物體所受引力大小與星體的質量正相關,計算出火星上的引力大約只是的40%,這麼小的引力是無法留住火星表面形成的水的,這使得火星表層即使形成降雨,水也會在太陽的蒸發下逃逸到太空之中的。

其次是火星上大氣稀薄,無法形成大氣包圍圈,鎖住水分。地球周圍有一圈厚厚的以氮氣為主形成的大氣層,它的存在不但降低了太陽輻射對地球生物的影響,另一方面也起到保溫作用,使得地球上的水處於液體狀態,而最重要的是,大氣層存在可截流住逃逸往太空中的水,防止其在太陽輻射作用下蒸發逃逸。對於火星來說,儘管表面也有一層二氧化碳為主的大氣層,但由於二氧化碳熔沸點比氮氣還高,在火星表面容易形成乾冰,並且二氧化碳的性質也比氮氣的活波,比如形成各種碳酸鹽礦物,這些碳酸鹽礦物有時極不穩定,容易見光分解和風化。而氮氣卻相對穩定,在無生物存在的條件下,只能靠閃電等高能放電作用將氮氣轉化為其它物質,所以地球的的大氣層保溫效果比火星上面好,這為地球形成生命體創造了極好的條件。

為何火星和地球的南北極都存在冰蓋呢?

從現在的觀測來看,火星的南北極存在冰蓋,這點與地球極為相似,那這又是為什麼呢?

其實這與太陽光的照射角度有極大的關係。我們都知道,地球上擁有大片區域的溫度和降雨量極高,即赤道地區,這片區域處於太陽的直接照射下,陽光入射角與地球垂直,由陽光所攜帶的太陽能直接被地球吸收,而處於南北極極低的區域,要麼太陽無法照射到,要麼太陽光線的入射角非常小,這會使得太陽光被地球的漫反射作用反射到外太空中,陽光攜帶的能量也就無法在地球上存留,造成極地地區的氣溫偏低。因此,地球表面形成的降水就會慢慢的形成冰覆蓋在地表,形成冰蓋景觀。在火星上的情況也與地球類似,不過由於二氧化碳存在,它的保溫作用會使得部分地區無法結冰,但在火星南北極,由於溫度極低,二氧化碳與水一樣均形成結冰,這就使得無論是地球南北極,還是火星南北極都會出現冰蓋景觀,留存了大量的淡水資源。

液態水存在條件

二氧化碳具有極大的溫室效應,而火星上的二氧化碳比地球多了不知多少倍,其含量在97%左右,那為何火星上仍然沒有液態水呢?

地球與太陽的距離適中,加之大氣層的隔絕作用,使得地球在白天水的蒸發速度不會過快,而夜晚大氣的保溫作用又使得水蒸氣的液化作用明顯,使得地球上的水分逸散到太空的較少。對於火星來說,其平均溫度比地球要高,火星表面要麼太冷,要麼太熱,使得水分流失過大,導致火星表面無法觀測到液態水的存在。

概括起來就是地球的水來源其實與火星上的水來源形式差別不大,但由於二者與太陽的距離差距雖小,但失之毫釐,差以千裡,加之大氣層組成差別巨大,兩顆星球的質量差別太大,導致了地球上存在大量液態水,而火星上卻幾乎不含液態水。需要指出的是,儘管火星不存在液態水,但火星上也是有可能存在生命的,也許它們的形式較為簡單,但也不可忽視哦,你怎麼看呢?歡迎留言評論哦。

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